第三讲 独立基础(浅基础)

第三讲独立基础（浅基础）天然地基上结构较简单的浅基础，最为经济，如能满足要求，宜优先选用。

天然地基、人工地基上浅基础设计的原则和方法基本相同，只是采用人工地基上的浅基础方案时，尚需对选择的地基处理方法进行设计，并处理好人工地基与浅基础的相互影响。

独立基础：当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架结构承重时，基础常采用方行、圆柱形和多边形等形式的独立式基础，这类基础称为独立式基础，也称单独基础，是整个或局部结构物下的无筋或配筋基础。

一般是指结构柱基，高烟囱，水塔基础等的形式（大块实体基础、单柱基础、墙下条形基础）。

独立基础类型：阶形基础、坡形基础、杯形基础。

3.1 基础设计所需资料、设计内容和步骤3.1.1 独立基础设计所需资料（1）建筑场地的地地形图（2）岩土工程勘察成果报告（3）建筑物平面图、立面图，荷载，特殊结构物布置与标高（4）建筑物场地环境，临近建筑物基础类型与埋深，地下管线分布（5）工程总投资与当地建筑材料供应情况（6）施工队伍技术力量与工期要求3.1.2 基础设计内容、步骤（1）初步拟定基础的结构型式、材料和平面布置；（2）确定基础的埋置深度；（3）计算作用在基础顶面的荷载（4）确定地基承载力；（地基承载力：是指地基土单位面积上承受荷载的能力，以kN／m2或kPa计。

地基承载力特征值：在保证地基稳定的前提下，使建筑物的沉降不超过容许值的地基承载力）（5）根据作用在基础顶面的荷载及地基承载力，计算基础的底面积，并以此确定基础的长、宽；（6）设计基础高度与剖面形状（7）若地基持力层存在软弱下卧层时需验算下卧层的承载力（8）进行地基变形与稳定性验算；（9）进行基础细部结构设计；（10）绘制基础施工图，提出施工说明。

注：（1）~（8）中有不满足要求的情况时，可对基础设计进行调整，如采取改变基础埋置深度火加大基础宽度、长度等措施，但应注意富余不应过大，应满足经济要求。

3.2 基础埋置深度基础埋置深度确定原则（考虑因素）：（1）基础埋深不应小于按各种破坏因素而定的最小埋深（保证持力层不受外界破坏因素影响）；（2）以满足各种力学验算为前提，应在最小埋深以下选择地基承载力较高的土层作为持力层。

即：在大于最小埋深的条件下选择最浅的高承载力地层作为持力层。

3.2.1桥涵明挖基础最小埋深和基础埋置深度（1）为了保证持力层稳定的最小埋深➢不埋置在不稳定的地表层（旱地、无水流冲刷处或设有铺砌防护层时，应在地面以下2m以下，困难情况时不得小于1m）（2）有水流冲刷时基础埋深应考虑水流的冲刷作用一般冲刷深度：河床面在水流冲刷后下降的深度局部冲刷深度：在一般冲刷的同时由于墩台的阻水作用在墩台周围形成的附加冲刷深度冲刷总深度：一般冲刷深度+局部冲刷深度安全值的考虑（见教材表3-1）（3）寒冷地区土的冻胀融陷与基础埋深关系土的标准冻结深度：地表无积雪和草皮覆盖时，多年实测最大冻深的平局值➢为保证建筑物不受冻胀，基底应埋置在冻结线以下一定深度➢冻胀及强冻胀土，应在冻胀线以下不少于0.25m，弱冻胀土不小于冻结深度的80%➢涵洞基础出入口及两端洞口向内各2m范围内基底应埋置于冻结线以下0.25m概念：土的标准冻结深度→多年实测最大冻深的平均值。

满足以上3条规定的基础埋深为最小埋深，它是保证基础安全的先决条件和最低要求。

合适的持力层要在最小埋深以下的各土层中寻找。

综合考虑各种因素，得出可以比较的具体数值之后，再作出判断。

3.2.2 建筑基础埋置深度的选择受下列因素影响：（1）建筑物的类型和用途➢有地下室、地下管沟和设备基础时，基础埋深要局部或整个加深（注意刚性基础刚性角的控制要求）➢对沉降敏感的建筑物应将基础埋置在较坚实的土层上➢基础需要不同埋深时，应采用台阶形基础，由浅入深➢地下管线通过基础时，基础应保留足够的空隙➢相邻建筑基础存在高差时，应保持基础之间的净距（相邻基础底面高差的1~2倍），否则应采取相应的支护措施（2）作用在基础上的荷载大小和性质➢承受较大竖向荷载的基础应选择好的持力层➢承受水平荷载的基础应考虑埋深抗滑➢承受拉拔荷载的基础应考虑埋深抗拔➢地震区避免液化土作持力层（3）工程地质条件和水文地质条件应选择具有足够强度、稳定可靠的地层作为持力层➢地基土在深度方向上均匀➢地基由两层土组成，上层土性差，下层土性好➢地基由两层土组成，上层土性好，下层土性差➢应尽可能讲基础置于地下水位以上，注意排水及围护➢注意持力层下的承压水，避免破坏隔水层（4）地基土的冻胀和融陷的影响3.3 基础上的荷载基础上的荷载：作用于基础上的各种荷载所组成的合力计算荷载：基础上实际可能同时出现的荷载组合荷载取值方法：（1）容许应力设计法（工作应力设计法）（铁路公路）（2）极限状态设计法（可靠度设计法）（房建）计算荷载=主要荷载+附加荷载+特殊荷载3.3.1 主要荷载3.3.1.1恒载（始终作用在结构上，且任何时候都要考虑的一类荷载）（1）结构自重（2）浮力（注意在验算稳定性时和验算基底应力、偏心时的区别）（3）土压力（4）预应力（提高材料强度和刚度，防止裂缝出现）（5）混凝土收缩和徐变3.3.1.2活载（1）铁路列车重量（2）公路活载（3）离心力（4）冲击力（5）列车活载所产生的土压力（6）人行道荷载3.3.2附加荷载（1）制动力或牵引力（2）风力（3）列车横向摇摆力（4）流水压力（5）冰压力（6）温度变化的影响（7）冻胀力3.3.3特殊荷载（1）船只或排筏撞击力（2）地震作用（3）施工荷载3.3.4荷载组合原则各种荷载，其特性和出现几率不同，不会全部同时作用在结构上，或者不是同时出现最大值，它们对结构的强度、刚度和稳定性三方面的影响也不一致。

因此，在桥梁设计中，对某种要求应选取导致结构物出现最不利情况的各种荷载进行检算教材P693.4 基础的设计计算3.4.1基础尺寸的初步拟定依据参数：①地基基本允许承载力〔s 〕②上部结构荷载（如桥跨的计算跨度L ，桥墩的高度H ）拟定原则：①形状与墩、台形状相符②分层扩大：每层≥1m ，常用1m层数一般不超过3层，如继续扩大，基底应力不一定会降下来。

③满足刚性角的要求④襟边尺寸≥0.2m为便于施工立模、放线误差的调整因为 基础底面处的平均压力为：F++G =A G A d F p f Aγ⋅⋅==≤基础形心处总竖向力基底面积 f 为修正后的地基承载力特征值（基础宽度大于3m 或埋置深度大于0.5m 时由地基承载力特征值修正而来）所以 基底面积为0FA f d γ≥-⋅0γ为基础及上覆土的平均重度，按经验通常可取3020/kN m γ≈（1）若为柱下矩形基础，则：取基础底面长边l 与宽度b 的比例为l /b=n （一般取n ≤2）。

有b ≥（2）若为柱下矩形基础，则：开方上式即得基础宽度。

（3）若为墙下条形基础，则：0F b f d γ≥-⋅可以通过上述方法求得基底面积A 之后，再考虑偏心影响×（1.1~1.2），再进行检算。

（1）地基承载力：地基所能承受荷载的能力。

（2）地基容许承载力：保证满足地基稳定性的要求与地基变形不超过允许值，地基单位面积上所能承受的荷载。

（3）地基承载力基本值：按标准方法试验，未经数理统计处理的数据。

可由土的物理性质指标查规范得出的承载力。

（4）地基承载力标准值：在正常情况下，可能出现承载力最小值，系按标准方法试验，并经数理统计处理得出的数据。

可由野外鉴别结果和动力触探试验的锤击数直接查规范承载力表确定，也可根据承载力基本值乘以回归修正系数即得。

（5）地基承载力的特征值：正常使用极限状态计算时的地基承载力。

即在发挥正常使用功能时地基所允许采用抗力的设计值。

它是以概率理论为基础，也是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降计算值不超过允许值的地基承载力。

（一般为承载力设计值）在设计结构物基础时，各行业使用《规范》不同，地基容许承载力、地基承载力设计值与特征值在概念上有所不同，但在使用含义上相当。

3.4.2地基强度验算maxmin []y i xx y M N M A W W σσ=±±≤∑∑∑式中A 为基底面积，m 2；W 为基底的截面模量，m 3注：地基容许承载力[]σ与地基基本承载力[]0σ之间的关系。

注：若持力层为岩层，当出现拉应力时，即min σ为负值时，应考虑应力重分布现象。

（注意应力重分布和内力重分布的概念：内力重分布相对于构件或结构而言；应力重分布相对于截面而言，随着荷载的增大或减小，应力分布形式随之发生变化，如荷载增大时从三角形发展到矩形）max []σσ≤或max 1.2f σ≤控制软弱下卧层顶面处：总应力≤地基的容许承载力 求下卧层顶面处总的应力《桥规》公式法()()[]h h z h z a h σγσγσ+=++-≤h σ为基底压应力，（线性分布）其取值与z 值相关，公式中各个符号的含义见《桥规》及教材。

由圣维南原理可知：z /b ＞1时，h σ的取值与基底荷载分布形式无关，即采用基底平均压应力。

如将物体的一部分边界上面力变换为分布不同但静力等效的面力（主矢同，对某点力矩同），则近处应力分布将有显著改变，但远处所受影响可以不计。

引申此处即有：一定深度处，土中应力分布与基底压力分布形式关系不大，只取决于合力大小和作用点位置。

3.4.3基底偏心距的检算使地基应力较均匀分布，控制基础两侧产生过大的不均匀沉降，从而限制墩身倾斜所引起的墩顶位移。

基底截面所有外力的合力偏心原则：设计时一般以基底不出现拉应力为原则，只要控制其偏心距，使其不超过某一数值即可。

即偏心距e为：iiMeN=∑∑式中：iN∑，i M∑—作用于基底重心上的竖向合力力矩和总力矩[]e ecρρ⎡⎤≤=⎢⎥⎣⎦/W Aρ=—基底截面核心半径。

《桥规》中对c的规定影响因素：①荷载性质、大小；②地基土的性质仅受恒载：非岩石地基上，合力作用点应尽量接近于重心。

[c]≤1.5主要荷载+附加荷载、主要荷载+地震力在地基土质、基底反力不同时有差异。

3.4.4基础的倾覆和抗滑稳定性检算基础的倾覆稳定性检算保证墩台在最不利荷载作用下，不致绕基底外缘转动而发生倾覆现象。

桥墩在外力作用下，在基底处合成为三个力：N ∑、H ∑、M ∑，则倾覆稳定系数为：0i i i i iy N K N e H h ==+∑∑∑稳定力矩倾覆力矩0 1.5K ≥，施工荷载或地震力时0 1.2K ≥关于y 的一些注意事项y 的概念：在沿截面重心与合力作用点的连线上，自截面重心至检算倾覆轴的距离（m ）凹多边形，倾覆轴应取基底截面的外包线计算力矩时，应视各力绕基底截面重心的方向区别正负基础的抗滑稳定性检算保证基础的位置稳定性在H ∑作用下，基础有沿底面滑走的趋势，阻力为：f N ∑故其滑动稳定系数为：i c if N K H =∑∑f 为基底与持力层土之间的摩擦系数，可采用试验资料或查表取得。